آزمايش هيدرومتري

مقدمه :
تجزيه هيدرومتري برپايه اصل رسوب دانه هاي خاك در آب مي باشد . وقتي نمونه خاكي درداخل آب پراكنده مي شود ، ذرات بسته به شكل ، اندازه و وزنشان با سرعت هاي متفاوت رسوب مي كنند . در آزمايش زير به بررسي اصول و روش آزمايش هيدرومتري خاك مي پردازيم .
تئوري آزمايش :
با توجه به رابطه روبه رو و با دانستن L و tمي توان درصد وزني خاك ريزتر از قطر داده شده را محاسبه
كرد :
D : درصد وزني رد شده خاك ريزتر از قطر داده شده ( قطر ذرات خاك )
K : عدد ثابت
L : عمق اندازه گيري شده از سطح آب تا مركز ثقل حباب هيدرومتري
t : زمان
مقدار k تابع توده ويژه خاك (Gs ) و ويسكوزيته مي باشد كه در دماهاي مختلف با توجه به جدول به دست مي آيد :

وسايل و مواد لازم :
مزور ۱۰۰۰ سي سي و ۵۰۰ سي سي
هيدرومتر ( چگالي سنج )
خاك ريز دانه ( عبور كرده از الك نمره ۲۰۰)
هگزا متا فسفات سديم
دماسنج
روش آزمايش :
۲۰ گرم هگزامتا فسفات سديم را در مزور ۱۰۰۰ ريخته و به آن آب اضافه مي كنيم و خوب هم مي زنيم . چون محلول به دست آمده ۲۰ گرم در cc1000 است ، ۲۵۰ گرم از محلول را جدا مي كنيم و در مزور مي ريزيم و آن قدر آب
مي افزاييم تا به cc1000 برسد . در اين حالت دماي محلول را اندازه مي گيريم كه حدود ۲۰ درجه سلسيوس است و k مربوط به دماي ۲۰ و Gs=2.65 را از جدول استخراج مي كنيم كه برابر است با k = 0.01365 .سپس چگالي سنج را در درون مزور قرار مي دهيم و پس از ثابت شدن آن عدد چگالي سنج را قرائت مي كنيم . چگالي سنج عدد ۵٫۵ را نشان مي دهد .
مقدار cc 250 از محلول را جدا مي كنيم و در داخل ظرف هيدرومتري مي ريزيم و خاك را به آن مي افزاييم . سپس آن قدر به آن آب مي افزاييم تا اين كه آب به پره هاي ظرف برسد . ظرف را در دستگاه هيدرومتري قرار مي دهيم تا دستگاه به طور كامل خاك را در آب مخلوط كند . مخلوط را در مزور cc1000 مي ريزيم و آب را تا cc1000 پر
مي كنيم . سپس چگالي سنج را در درون آن قرار مي دهيم و در زمان هايي كه در جدول مشخص شده عدد چگالي ـ سنج را ثبت مي كنيم .
اگر آزمايش در دماي C 20 ادامه پيدا مي كرد ، عدد چگالي سنج كمي بالاتراز عدد ۵٫۵ كه از نمونه شاهد حاصل شد ،
متوقف مي شد . به دليل آن كه آزمايش براي بار دوم در دماي ۱۷ درجه انجام شد چگالي سنج نهايتا عدد ۵ را نشان داد كه k مربوط به دماي C 17 برابر ۰٫۰۱۴۱۷ مي باشد .
(جدول ۱ و ۲ )

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
آزمايش تركم
مقدمه :
خاك در حالت معمولي شامل منافذي است كه در آن هوا وجود دارد ، به همين خاطر براي به دست آوردن وزن مخصوص خاك نمي توانيم از نمونه غير متراكم استفاده كنيم . لذا براي به دست آوردن وزن مخصوص خاك بايد خاك را خوب متراكم كرد . هدف از انجاماين آزمايش به دست آوردن درصد رطوبت بهينه براي حداكثر تراكم است .
تئوري آزمايش :
تراكم با چكش هاي كوچك و بزرگ صورت مي گيرد و بر دو نوع است : ۱- تراكم معمولي ۲- تراكم مصالح سدي
تراكم معمولي خود به دو بخش تقسيم مي شود :
الف ) در قالب ۴ اينچ ، سه لايه ، ۲۵ ضربه در هر لايه ، چكش كوچك ۵٫۵ پوندي ، ارتفاع سقوط cm 12 .
ب ) در قالب ۶ اينچ ، سه لايه ، ۵۶ ضربه در هر لايه ، چكش كوچك ۵٫۵ پوندي ، ارتفاع سقوط cm 12 .
تراكم مصالح سدي نيز به دو بخش تقسيم مي شود :
الف) در قالب ۴ اينچ ، پنج لايه ، ۲۵ ضربه در هر لايه ، چكش بزرگ ۱۰ پوندي ، ارتفاع سقوط cm 18 .
ب ) در قالب ۶ اينچ ، پنج لايه ، ۵۶ ضربه در هر لايه ، چكش بزرگ ۱۰ پوندي ، ارتفاع سقوط cm 18 .
پس از تراكم ، وزن م خصوص تر خاك را به راحتي مي توان به دست آورد . وزن مخصوص خشك خاك هم از رابطه مقابل قابل محاسبه است :
: وزن مخصوص خشك خاك
: وزن مخصوص تر
: درصد رطوبت
وسايل و مواد لازم :
مزور ، خاك ، وسايل تراكم معمولي نوع الف از قبيل قالب ۴ اينچ و چكش ۵٫۵ پوندي ، الك ، ترازو ، قوطي درصد رطوبت ، بيلچه ، كاردك ، سيني و استانبولي .
روش آزمايش :
به ميزان ۵ كيكوگرم خاك عبور كرده از الك را با ترازو اندازه گيري مي كنيم . اين خاك را در سه لايه در قالب ريخته و ۲۵ ضربه در هر لايه با چكش ۵٫۵ پوندي مي زنيم ، سپس قسمت بالاي قالب را برداشته ، سطح خاك متراكم شده در قالب را با كاردك صاف كرده و قالب را با خاك وزن مي كنيم . مغزي نمونه متراكم را برداشته و وزن آن را اندازه مي گيريم ، سپس در قوطي درصد رطوبت در گرمكن قرار مي دهيم . در چندين مرحله اين عمل را با افزودن ۱ الي ۲ درصد ( ۵۰ الي ۱۰۰ سي سي ) آب تكرار مي كنيم و در هر مرحله نتايج را يادداشت مي كنيم . اين آزمايش را آن قدر تكرار مي كنيم تا خاك اشباع شود و وزن خاك داخل قالب كمتر شود .

نتايج به دست آمده :
نتايج به دست آمده در جدول۳ نشان داده شده است . ابعاد و وزن قالب هم به صورت زير است :
ارتفاع قالب : ۱۱٫۶۰ سانتي متر
قطر داخلي : ۱۰٫۰۹ سانتي متر
وزن قالب : ۳٫۵۴۵ كيلوگرم
حجم قالب : ۴- ۱۰ * ۹٫۳ متر مكعب

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

آزمايش نفوذ پذيري
مقدمه :
دو روش استاندارد براي تعيين نفوذ پذيري خاك در آزمايشگاه وجود دارد :
الف- آزمايش هد ( انرژي ) ثابت : براي خاك هاي درشت دانه
ب – ديگري هد ( انرژي) متغير يا افتان : براي خاك هاي ريزدانه
ما در اين آزمايش ، هد متغير را مورد بررسي قرار داديم :
وسايل و لوازم :
آب جاري ، دستگاه آزمايش نفوذ پذيري ، زمان سنج ، نمونه خاك
روش آزمايش :
آب از داخل يك لوله قائم به داخل خاك جريان مي يابد . اختلاف انرژي اوليه h1 در زمان t = 0 يادداشت شده و به آب اجازه داده مي شود تا از داخل نمونه خاك عبور كند به طوري كه اختلاف انرژي نهايي در زمان t = tf برابر h2 شود .
ميزان آب عبوري از نمونه خاك در زمان t مي تواند با رابطه زير بيان شود :

كه در آن q ميزان جريان و a سطح مقطع لوله و A سطح مقطع نمونه خاك است .
با مرتب كردن اين معادله داريم :

چنانچه از سمت چپ معادله بالا از صفر تا t براي زمان و از سمت راست از h1 تاh2 براي انرژي انتگرال بگيريم ، خواهيم داشت :
و به عبارتي :
آزمايش هد (انرژي) افتان بيشتر براي خاك هاي ريز دانه كه داراي نفوذپذيري كمي هستند مناسب مي باشد .
نتايج آزمايش :
A=4in2=81cm2 و L=11.5cm و d=6mm و a=0.28cm2 و t=185s

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
آزمايش تك محوري
اين آزمايش حالت خاصی از آزمايش UU بوده و معمولا بر روي خاك رس انجام مي شود . در اين آزمايش فشار همه جانبه صفر است . بار قائم به سرعت اعمال و نمونه گسيخته مي شود . در هنگام گسيختگي تنش كل اصلي كوچكتر برابر با صفر و تنش كل اصلي بزرگتر برابر با مي باشد . به دليل آن كه مقاومت حالت حالت زهكشي نشده مستقل از فشار همه جانبه (محيطي) است ، لذا :

qu مقاومت فشاري محصور نشده يا ساده ناميده مي شود .
نتايج حاصل از اين آزمايش در جدول ۴ اورده شده است .

آزمايش دانه بندي خاك
مقدمه :
دانه بندي در مكانيك خاك از اهميت فراواني برخوردار است . از دانه بندي در طبقه بندي خاك استفاده مي شود . همچنين از دانه بندي در اختلاط بتن نيز استفاده مي شود . منحني هاي دانه بندي اطلاعات زيادي را در مورد خاك در اختيار ما قرار مي دهند ، از جمله مي توان نوع خاك ، همگن بودن يا نبودن آن و … را نام برد . در آزمايش زير دانه -بندي خاك مورد بررسي قرار مي گيرد .
تئوري آزمايش :
پس از دانه بندي خاك و رسم منحني دانه بندي مي توان مقادير D10 ، D30 و D60 را به دست آورد . به وسيله اين مقادير Cu ( ضريب يكنواختي ) و Cc ( ضريب انحنا ) از طريق روابط زير محاسبه مي شوند :
و
D10 : اندازه اي كه ۱۰ درصد وزني خاك از آن اندازه كوچك ترند .
D30 : اندازه اي كه ۳۰ درصد وزني خاك از آن اندازه كوچك ترند .
D60 : اندازه اي كه ۶۰ درصد وزني خاك از آن اندازه كوچك ترند .
اگر و خاك خوب مي باشد .
وسايل لازم :
سري كامل الك ها ، ترازو ، مقدار معيني خاك
روش آزمايش :
مقدار Kg2 خاك را به وسيله ترازو اندازه گيري كرده و سپس آن را درون الك اول از سري الك ها ريخته ( با دستگاه يا بدون دستگاه ) آن را مي لرزانيم ، سپس مقدار خاك مانده روي هر كدام از الك ها را وزن مي كنيم و جدول و نمودار مربوطه را كامل مي كنيم .
نتايج به دست آمده :
پس از انجام آزمايش جدول و منحني مربوطه را كامل مي كنيم . با توجه به نتايج چون بيش از ۵۰% خاك روي الك نمره ۴ مانده است بنابراين خاك مورد نظر شن است . ضمنا خاك از دانه بندي پيوسته برخوردار نيست ، چون در منحني دانه بندي جهش بزرگي بين الك و نمره ۴ مشاهده مي شود . ضمنا با توجه به درشت دانه بودن بخش عمده اي از خاك مي توان قضاوت كرد كه خاك براي راه سازي مناسب است .
با توجه به مشخصات به دست آمده از دانه بندي ، خاك در طبقه A-1 آشتو قرار مي گيرد كه براي زير اساس مناسب است . در منحني دانه بندي مقادير Cc و Cu به دست آمده نوشته شده است . با توجه به دانه بندي و مقادير Cc و Cu ، خاك مورد آزمايش GP از طبقه بندي يونيفايد مي باشد .
( جدول ۵ و ۶ )

آزمايش تعيين درصد رطوبت
مقدمه :
تعيين درصد رطوبت در بسياري از آزمايش هاي مكانيك خاك كاربرد دارد . از جمله مي توان آزمايش تعيين حدود اتربرگ ، به دست آوردن درصد رطوبت بهينه در آزمايش تراكم و …
در اين آزمايش چگونگي تعيين درصد رطوبت را مورد بررسي قرار مي دهيم .
تئوري آزمايش :
رابطه تعيين درصد رطوبت به صورت زير مي باشد :

وسايل لازم :
قوطي درصد رطوبت ، خاك ، ترازو ، گرمكن
روش آزمايش :
مقداري خاك را به صورت خمير در آورده و سپس آن را در داخل قوطي هاي درصد رطوبت قرار مي دهيم ( قوطي ها را قبلا وزن كرده ايم ) . سپس قوطي ها را با نمونه داخل آنها وزن مي كنيم و آنها را در داخل گرمكن قرار مي دهيم . بعد از ۲۴ ساعت آنها را از گرمكن درآورده و دوباره آنها را وزن مي كنيم . طبق رابطه بالا درصد رطوبت هريك از قوطي ها را به دست مي آوريم .
گروه A آزمايش را با ۳ قوطي انجام داد كه در يكي از آنها خاك و در دو قوطي ديگر خمير ريختيم .
شماره قوطي
وزن قوطي و نمونه قبل از قرار دادن در گرمكن
وزن قوطي و نمونه بعد از در آوردن از گرمكن
وزن قوطي

درصد رطوبت

آزمايش تعيين حدود اتربرگ
مقدمه :
حدود اتربرگ ( حد رواني ، حد خميري ) و شاخص خميري در شناخت نوع خاك و طبقه بندي آن نقش مهمي دارد . درصد رطبتي كه در آ، خاك از حالت نيمه سفت به حالت خمير در مي آيد را حد خميري مي گويند و به درصد رطبتي كه خاك در آن از حالت خمير به حالت مايع يا روان تبديل مي شود ، حد رواني اطلاق مي شود .
در آزمايش زير روش اندازه گيري حد رواني و حد خميري يك نمونه خاك بررسي مي شود .